Analiza substancji prostych i mieszanin

FAZA I

Badanie wstępne substancji stałej

Analiza jakościowa substancji stałej składa się kolejno z następujących

po sobie etapów:



obserwacje wstępne,



przeprowadzenie substancji stałej do roztworu (przygotowanie do

analizy systematycznej),



ustalenie grupy analitycznej kationu i anionu,



reakcje charakterystyczne.

Obserwacje wstępne soli, kwasów, tlenków

i wodorotlenków.

Obserwacje wstępne polegają na określeniu:



postaci substancji

– czy jest krystaliczna, jaką ma barwę, czy jest higroskopijna,

czy nie,



zachowania podczas prażenia

– czy zachodzi rozkład z wydzieleniem gazu, zmiana barwy,

sublimacja,



zabarwienia płomienia palnika gazowego,



zachowania się substancji podczas stapiania z perłą

fosforanową lub boraksową.

Zabarwienie tlenków

metali grup analitycznych jest następujące:



tlenki czarne: HgO, CuO, NiO, FeO, Fe

3

O

4

, MnO

2

;



tlenki brunatne: Ag

2

O, PbO

2

, Bi

2

O

3

, CdO, Fe

2

O

3

(rdzawobrunatny);



tlenki żółte: HgO, PbO (siarczki arsenu As

2

S

3

, As

2

S

5

);



tlenki czerwone: HgO, Cu

2

O, Pb

3

O

4

.

Obserwacje wydzielających się gazów podczas

prażenia i rozkładu substancji.

Wydzielające się gazy

Obecność anionów

Fioletowe pary – I

2



jodki I

-

Czerwonobrunatne duszące pary – Br

2



bromiany (I) BrO

-

, bromki Br

-

Żółtozielony duszący gaz – Cl

2



chlorany (I) ClO

-

Brunatne dymy tlenków azotu - NO



i

NO

2



azotany (III) NO

2

-

, azotany (V) NO

3

-

Duszący charakterystyczny zapach

palonej siarki – bezbarwny gaz – SO

2



siarczany (IV) SO

3

2-

Duszący gaz SO

2



i zmętnienie

(koloidalna S)

tiosiarczan (VI) S

2

O

3

2-

Zapach gorzkich migdałów – bezbarwny

palny gaz dicyjan – (CN)

2



cyjanki CN

-

, tiocyjaniany SCN

-

,

heksacyjanożelazian (II) [Fe(CN)

6

]

4-

heksacyjanożelazian (III) [Fe(CN)

6

]

3-

Zapach zgniłych jaj – bezbarwny, palny

gaz siarkowodór H

2

S



uwodnione siarczki S

2-

Wydzielające się gazy

Obecnść anionów

Zapach amoniaku – NH

3



sole amonu NH

4

+

Bezbarwny gaz – N

2



, nie pali się,

nie podtrzymuje palenia, nie

powoduje zmętnienia wody

wapiennej

azotan (III) amonu NH

4

NO

2

, związki

dicyjanu (CN)

2

Bezbarwny gaz – CO

2



, nie pali się i

nie podtrzymuje palenia.

Zawieszona kropla wody wapiennej

mętnieje

węglany CO

3

2-

, szczawiany C

2

O

4

2-

,

możliwa obecność substancji

organicznych

Bezbarwny gaz - CO



- pali się

niebieskim płomieniem

mrówczany HCOO

-

, szczawiany

C

2

O

4

2-

Bezbarwny gaz – O

2



obecność tlenków, nadtlenków,

azotanów (V) NO

3

-

, chloranów (V)

ClO

3

-

, jodanów (V) IO

3

-

manganianu (VII) MnO

4

-

Lotne kwasy

Sole lotnych kwasów: azotany, węglany, siarczany (IV) mogą

przechodzić w tlenki metali o innej barwie niż wyjściowa sól.

Przykładowo:



















3

3

2

2

4

2

2

2

2

3

4

2

4

2

2

2

2

SO

O

Co

O

CoSO

CO

MnO

MnO

O

MnCO

Zmiana barwy pod wpływem ogrzewania lub prażenia

Niektóre substancje podczas ogrzewania i prażenia nie

rozkładają się, ale zmieniają barwę. Zmiana barwy świadczy

o obecności następujących tlenków i siarczków:

Na zimno

Po ogrzaniu

Obecność

pomarańczowa

czerwona

CdS,

biała

żółta

ZnO,

żółta

brunatna

PbO, Bi

2

O

3

, SnO

2

,

rdzawoczerwona

czarna

Fe

2

O

3

Zmiana barwy pod wpływem sublimacji

Podczas ogrzewania barwne osady wydzielające się na chłodnych

ściankach górnej części próbówki wskazują na obecność lotnych

substancji sublimujących, takich jak:

biały

HgCl

2

, Hg

2

Cl

2

, HgBr

2

, NH

4

Cl, As

2

O

3

, Sb

2

O

3

,

żółty

S, As

2

S

3

, HgI

2

fioletowy

I

2

szary lub

czarny

Hg, HgO, HgS, As, Cd, substancji

organicznych.

Obserwacje po zmieszaniu z niewielkim nadmiarem sody

Obserwacje zachowania się substancji zmieszanej z niewielkim

nadmiarem sody Na

2

CO

3

podczas prażenia na węglu w płomieniu

utleniającym dmuchawki:

obserwuje się energiczne spalanie substancji

– możliwa obecność azotanów (V) i (III), chloranów (V)

i (VII), bromianów (V), jodanów (V), manganianów (VII),

substancja topi się i wsiąka w węgiel

– możliwa obecność soli litowców,

substancja pozostawia białą, nie topiącą się masę

– możliwa obecność berylowców, soli, Al, Zn, Sn.

Obserwacje po prażeniu z azotanem (V) kobaltu (II)

Zwilżenie białej pozostałości roztworem Co(NO

3

)

2

i powtórne

prażenie zabarwia masę na:

Szaro

CaO, SrO

Ceglastobrunatno

BaO

Cielisto

MgO

Niebiesko

Al

2

O

Żółtozielono

ZnO

Niebieskozielono

SnO

Azotan (V) kobaltu (III) prażony przechodzi w CoO, który daje barwne

stopy z powstałymi tlenkami.

powstaje nalot bez ziarna metalu:



na gorąco żółty, na zimno biały, nie utleniający się – Zn,



czerwonobrunatny, łatwo palny (prawie oczko) – Cd,



biały, lotny, zapach czosnku – As,

powstaje ziarno metaliczne z nalotem:



nalot żółty i ziarno metaliczne, kowalne – Pb,



białe dymy i gęsty nalot, ziarno metaliczne, kruche – Sb,



nalot żółtawo-pomarańczowy, ziarno kruche, ogrzewane z KI i S

daje czerwone zabarwienie – Bi,



nalot na gorąco żółtawy, po oziębieniu biały (u wylotu rurki ziarno

metaliczne miękkie) – Sn,

obserwuje się ziarno metaliczne bez nalotu:



czerwone, kowalne – Cu,



białe, kowalne (rozpuszczalne w rozcieńczonym HNO

3

, z HCl

serowaty biały osad AgCl) – Ag,

metal nie stopiony, bez nalotu:



szary proszek – Fe, Co, Ni.

Obserwacja zabarwienia płomienia palnika

Do badań wstępnych należy także obserwacja zabarwienia płomienia

palnika gazowego przez badaną substancję.

Zabarwienie płomienia

Badana substancja zawiera

żółte, długo utrzymujące się

Na

fioletowe

K

fioletowo-różowe

Rb, Cs

karminowo-czerwone

Sr

czerwone

Li

ceglasto-czerwone

Ca

zielone

Cu, B, Tl

żółto-zielone

Ba

jasnoniebieskie

As, Sb, Pb, Sn

Obserwacja zabarwienia perły boraksowej

Kolejny etap obserwacji wstępnych to badanie zachowania się

substancji podczas stapiania z perłą fosforanową lub boraksową

(Na

2

B

4

O

7

).

Zabarwienie perły

Zabarwienie perły boraksowej

Symbol

pierwiastka

w płomieniu utleniającym

w płomieniu redukującym

na zimno

na gorąco

na zimno

na gorąco

Fe

żółte

żółto-

czerwone

żółto-

czerwone

Ni

żółte do

brunatnego

fioletowe

szare

szare

Cr

zielone

żółtoczerwo

ne

zielone

zielone

Cu

niebieskie

zielone

czerwone

Co

niebieskie

niebieskie

niebieskie

niebieskie

Mn

fioletowe

fioletowe

Zabarwienie perły fosforanowej

na druciku Pt stopiony wodorofosforan (V) amonowo sodowy

Zabarwienie perły boraksowej

Symbol

pierwiastka

w płomieniu utleniającym

w płomieniu redukującym

na zimno

na gorąco

na zimno

na gorąco

Fe

żółte

żółto-czerwone

żółte

Ni

brunatne

czerwono-

brunatne

jasnożółte lub

jasnoczerwone

jasnożółte lub

jasnoczerwone

Cr

zielone

żółte

Cu

zielono-niebieskie zielone

zielone

zielone

Co

niebieskie

czerwone

jasnozielone

Mn

niebieskie

fioletowe

niebieskie

niebieskie

Zn, Cd, Sb

fioletowe

szare

szare

Bi, Pb, Ag

szare

szare

Obserwacje wstępne metalu lub stopu

Do najważniejszych właściwości metali, które należy wziąć pod uwagę

podczas obserwacji wstępnych, należą:



połysk powierzchniowy,



silne odbijanie światła,



duże przewodnictwo elektryczne i cieplne,



właściwości magnetyczne (np. Fe, Co, Ni),



kowalność i ciągliwość (odkształcalność plastyczna),



tworzenie sieci krystalicznych o dużych liczbach koordynacyjnych,



zdolność tworzenia stopów.

1. Powierzchnia metali jest gładka i błyszcząca.

2. Metale, z wyjątkiem miedzi i złota, mają barwę srebrzystą.

3. Występowanie metalicznego połysku jest spowodowane zdolnością

metali do absorbowania i natychmiastowego emitowania światła

o wszystkich długościach fali, czyli następuje pełne odbicie światła.

4. Wiązanie metaliczne, elektronowa struktura metalu i kwantowo-

mechaniczne oddziaływania między atomami w metalach i stopach

są odpowiedzialne za ich charakterystyczne właściwości optyczne,

elektryczne i magnetyczne.

5. Struktura metalu może być stosunkowo łatwo odkształcona,

charakteryzuje się jednak dużą kohezją, czyli spójnością. Miarą siły

kohezji jest ciepło atomizacji (ΔH



), czyli energia kohezji. Ciepło

atomizacji jest odwrotnie proporcjonalne do odległości,

międzyjądrowej, czyli maleje w obrębie grupy układu okresowego

wraz ze wzrostem liczby atomowej.

6. Budowa sieci krystalicznej większości metali wynika z „zasady

najgęstszego upakowania kul”.

7. Stopy metali są połączeniami dwu lub większej liczby składników,

które stopniowo rozpuszczają się w sobie wzajemnie.

FAZA II

Przeprowadzanie substancji stałej do roztworu.

Przeprowadzenie metalu lub stopu do roztworu z utworzeniem soli

Odczynnik

Obserwacja

Wnioski

Uwagi

Roztwarzanie metalu w

stęż. lub 6mol l

-1

HCl

wydzielanie gazowego

produktu – wodoru np.:

Me+2HCl



MeCl

2

+H

2



(metal przechodzi w

odpowiedni chlorek)

roztwarzaniu ulegają

metale Cd, Sn, Zn, Al., Cr,

Mg i inne leżące przed

wodorem w szeregu

elektrochemicznym metali

roztwarzanie

przeprowadza się

w parowniczce

z ogrzewaniem

w możliwie małej

objętości rozpuszczalnika;

powstały roztwór

odparowuje się pod

wyciągiem do sucha,

a następnie suchą
pozostałość rozpuszcza

w wodzie; z otrzymanym

roztworem przeprowadza

się reakcje grupowe i

charakterystyczne

Roztwarzanie w stęż. lub

6mol l

-1

HNO

3

albo

roztwarzanie w stęż.

H

2

SO

4

wydzielanie gazowego

produktu (brunatne

dymy) – tlenki azotu,

np.:3Cu+8HNO

3





3Cu(NO

3

)

2

+2NO



+

4H

2

O (metal przechodzi

w azotan (V))

roztwarzaniu ulegają

stopy lub metale leżące

w szeregu

elektrochemicznym za
wodorem (i przed

wodorem). Nie

roztwarzają się: Al., Cr



pasywacja (nierozp.

Al

2

O

3

); Sn



nierozp.

(H

2

SnO

3

) (SnO

2

∙H

2

O);

Sb



dobrze rozpuszczalny

w stężonym HNO

3

Przeprowadzenie metalu lub stopu do roztworu z utworzeniem soli

( c.d. tabeli )

Przeprowadzenie inny substancji do roztworu

Rozpuszczanie

Tworzenie soli

Odczynnik

Obserwacja

Wnioski

Uwagi

Roztwarzanie w

6mol l

-1

NaOH

wydzielanie gazowego produktu –

wodoru np.:
Zn+2NaOH



Na

2

ZnO

2

+H

2



(metal przechodzi do anionu,

np. cynkan lub glinian sodu)

roztwarzaniu ulegają

metale o charakterze
amfoterycznym,

np. Zn, Al

Woda królewska

roztwarzaniu tylko w

wodzie królewskiej

ulegają Pt, Au, Hg

Do celów praktycznych można posłużyć się też regułami

rozpuszczalności:

1. Ze względu na rodzaj kationu – rozpuszczalne są wszystkie sole sodu,

potasu, amonu.

2. Ze względu na rodzaj anionu – rozpuszczalne są wszystkie:

- azotany (V) oprócz SbONO

3

, BiOBO

3

,

- azotany (III) oprócz AgNO

2

,

- octany oprócz CH

3

COOAg, (CH

3

COO)

2

Hg

2

3. Ponadto większość:

- chlorków jest rozpuszczalna oprócz AgCl, Hg

2

Cl

2

, PbCl

2

, TICl;

- siarczanów (VI) jest rozpuszczalna w wodzie oprócz BaSO

4

,

SrSO

4

, PbSO

4

, Hg

2

SO

4

;

- siarczanów (IV) jest nierozpuszczalna w wodzie oprócz

(NH

4

)

2

SO

4

i siarczanów (IV) litowców.

Badanie rozpuszczalności przeprowadza się w następujących kolejno

rozpuszczalnikach:

1. wodzie destylowanej,

2. rozcieńczonym HCl lub rozcieńczonym H

2

SO

4

,

3. stężonym H

2

SO

4

,

4. rozcieńczonym HNO

3

lub stężonym HNO

3

,

5. wodzie królewskiej,

6. rozcieńczonym KOH lub rozcieńczonym NaOH,

7. w odczynnikach kompleksujących: NH

4

OH, KCN, Na

2

S

2

O

3

, KI,

8. stapianie z sodą (Na

2

CO

3

).

FAZA III

Analiza systematyczna mieszanin i substancji stałych

Analiza systematyczna soli, kwasów, tlenków i wodorotlenków.

Wykrywanie reduktorów

KMnO

4

– manganian (VII) potasu.

• silnym utleniaczem w środowisku kwasowym – redukuje się do

Mn

2+

- następuje odbarwienie fioletowego roztworu:

V

E

O

H

Mn

e

H

MnO

51

,

1

4

5

8

2

2

4





















• słabszym utleniaczem w środowisku obojętnym – redukuje się do

MnO

2



- powstaje brunatny osad:

V

E

OH

MnO

e

O

H

MnO

23

,

1

4

3

2

2

2

4





















• jeszcze słabszym utleniaczem w środowisku zasadowym – redukuje się

do MnO

4

2-

następuje zmiana barwy roztworu z fioletowej na zieloną:

V

E

MnO

e

MnO

56

,

0

2

4

4















Roztwór jodu w jodku potasu (I

2

w KI)

- SO

3

2-

, S

2

O

3

2-

, SCN

-

,

- [Fe(CN)

6

]

4-

- zależy od stężenia (odbarwia się tylko przy

dużym stężeniu tego jonu);

- AsO

2

-

- zależy od stężenia i pH (odbarwia się tylko przy

dużym stężeniu tego jonu; jeżeli w roztworze obecne są jony

AsO

4

3-

, przy dużym zakwaszeniu roztworu odbarwienie nie

nastąpi),

- S

2-

- odbarwia roztwór jodoskrobiowy, pod warunkiem, że

przechodzi do wyciągu sodowego).

Wykrywanie utleniaczy.

Roztwór jodku potasu

Zmiana koloru roztworu na niebieski świadczy o obecności

następujących utleniaczy:

- NO

2

-

, [Fe(CN)

6

]

3-

, MnO

4

-

, CrO

4

2-

, Cr

2

O

7

2-

,

- ClO

3

-

- zmiana koloru roztworu na niebieski następuje powoli,

- AsO

4

3-

- zalezy od pH (przy słabym zakwaszeniu i obecności

AsO

2

-

zmiana koloru roztworu na niebieski nie nastąpi),

- Fe

3+

- powoduje zmianę koloru roztworu jodoskrobiowego na

niebieski pod warunkiem, że przechodzi do wyciągu sodowego,

- Cu

2+

- powoduje zmianę koloru roztworu jodoskrobiowego na

niebieski pod warunkiem, że przechodzi do wyciągu sodowego.

Reakcja z AgNO

3

Wytrącenie osadu nierozpuszczalnego w stężonym HNO

3

świadczy

o obecności następujących anionów:

- Cl

-

- biały osad AgCl



,

- Br

-

- żółtawy osad AgBr



,

- I

-

- żółty osad AgI



,

- CN

-

- biały osad AgCN



,

- SCN

-

- biały osad AgSCN



,

- [Fe(CN)

6

]

4-

- biały osad Ag

4

[Fe(CN)

6

]



,

- [Fe(CN)

6

]

3-

- pomarańczowy osad Ag

3

[Fe(CN)

6

]



.

Wytrącenie osadu rozpuszczalnego w HNO

3

świadczy o obecności

następujących anionów:

- S

2

O

3

2-

- początkowo biały osad Ag

2

S

2

O

3



żółkniejący, wreszcie

przechodzi w czarny osad siarczku srebra Ag

2

S



rozpuszczalny

w stężonym HNO

3

,

- CO

3

2-

- biały osad Ag

2

CO

3



, który gotowany rozkłada się do

brunatnego tlenku srebra Ag

2

O i ditlenku węgla CO

2

,

- S

2-

- czarny osad Ag

2

S



rozpuszczalny w gorącym

rozcieńczonym HNO

3

,

- AsO

2

-

- żółty osad Ag

3

AsO

3



rozpuszczalny w rozcieńczonym

HNO

3

,

- AsO

4

3-

- czekoladowobrunatny osad Ag

2

C

4

H

4

O

6



rozpuszczalny

w rozcieńczonym HNO

3

,

- Ag

2

C

4

H

4

O

6

– rozpuszczalny w NH

3

∙H

2

O, ogrzany na łaźni

wodnej w idealnie czystej probówce daje na ściankach lustro

srebrowe.

Zabarwienie roztworu może wskazywać na obecność następujących

anionów:

- MnO

4

-

- zabarwienie fioletowe,

- [Fe(CN)

6

]

4-

, [Fe(CN)

6

]

3-

- zabarwienie żółtawozielone,

- CrO

4

2-

- zabarwienie żółte,

- Cr

2

O

7

2-

- zabarwienie pomarańczowe.